1、项目概况

   林华煤矿2002年建井，2011年7月1日建成投产，设计生产能力150万吨/年。矿井目前主采9#煤层，综合机械化采煤。该项目位于贵州省毕节市金沙县10km，属新化乡、西洛乡管辖。地理坐标为：东经106°06′38″~106°11′40″，北纬27°23′32″~27°26′26″。其范围：北东以9#煤层+500m标高地面投影为界，南北长约3km～4km，东西宽4km～6km，面积约21.8km²。

   1.1 治理煤层发育特征

      井田内含煤地层主要为龙潭组，属海陆交互相沉积，厚91.54m～126.91m，平均厚106.13m。主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩、夹泥灰岩、灰岩及煤层组成，含丰富的动、植物化石。含煤9～21层，编为1#、2#、4#、5#、9#、10#、11#、13#、15#，煤层总厚度8.68m～15.60m，平均12.11m，含煤系数为11%。含可采煤层2～6层，可采总厚度3.01m～12.13m，平均6.39m，可采含煤系数为6%。可采煤层为4#、5#、9#、13#、15#煤层，其中分布于龙潭组上段的9#、5#煤层发育较好，为主要可采煤层，而9#煤为主采煤层。

      9#煤为治理煤层，其特征见表1。

表1  主要可采煤层特征表

   1.2 治理煤层瓦斯及赋存规律

      林华煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，4#、5#及9#煤层鉴定为突出煤层。贵州省矿山安全科学研究院2014年7月编制的《贵州林华矿业有限公司林华煤矿4#、5#、9#煤层瓦斯基本参数测试报告》采用直接法测定瓦斯含量、瓦斯压力。4#煤层+785m标高瓦斯含量17.03m³/t、瓦斯压力1.1MPa；5#煤层+785m标高瓦斯含量15.87m³/t、瓦斯压力0.85MPa；9#煤层+787m标高瓦斯含量23.42m³/t、瓦斯压力2.05MPa；矿井瓦斯梯度为煤层埋深每加深100m，瓦斯含量增加5.21m³/t.r。

      9#煤为治理煤层，其瓦斯参数见表2。

表2  主要可采煤层部分瓦斯参数

   1.3 项目实施地点

      项目选择林华煤矿一采取9#煤层作为本次压裂治理的目标煤层，选择1093回采工作面作为本次压裂的目标工作面。施工钻场位置定于1902风巷低抽巷。

2、项目难点及需要解决的问题

   1.1902风巷底抽巷上部为5.57m泥质粉砂岩互层，整段为破碎带，施工时很难穿过。

   2.根据矿方要求，终孔靶区见煤点在±10m范围内。不能过于提前见煤。

   3.根据矿方现有资料，煤层只得根据普钻穿层钻孔来确定基本走势。

   4.钻孔施工完成后，孔壁煤岩交界处不规整，后续下设压裂管存在较大难度。

3、设计及施工方案

   3.1 施工压裂钻孔布设

      在1093回采工作面布置10个压裂孔（LH9-1～LH9-10），压裂范围大小由地质构造和巷道工程以及地面压裂压力、注入砂量、液量确定。其中LH9-1～LH9-2孔压裂控制范围240m×80m，面积15080m²。LH9-3～LH9-10孔压裂控制范围270m×90m，面积19085m²，目标层均为9#煤层。设计LH9-1～LH9-2钻孔平面长度为182m，斜长约188m，倾角13.2°。设计LH9-3～LH9-10钻孔平面长度为196m，斜长约202m，倾角12.9°。压裂范围边界与1092回风巷之间留设65m安全距离，压裂范围覆盖1093回采工作面部分区段及1093回风巷整个条带。

   3.2 3#钻孔设计

      开孔方位角设计205.1°、开孔倾角设计17°，预计在42m处穿过煤线及泥质砂岩段，42m-180m层位施工在泥质灰岩及粉砂质泥岩互层穿层段，预计在190m处见9#煤底板，施工至196m处达到设计孔深。

   3.3 3#钻孔施工

      3#钻孔孔深189m，在184m处见9#煤，实际开孔方位：204.6°；实际开孔倾角：18.4°。钻孔孔径为173mm。

4、解决方案

   4.1 1902风巷底抽巷上部为5.57m左右上部泥岩及粉砂岩互层难题：

      1.钻孔施工开始之前施工2-3个注浆孔（预留3#钻孔开孔位置，注浆孔施工在孔口周边），注浆孔施工60m左右。因为孔口至60m范围内，岩层比较破碎，对施工造成极大影响，注浆是为了使破碎岩层形成一个整体。

      2.注浆孔施工完成后，用4分铁质镀锌管（返浆管）送至钻孔中部（30m左右），另用4分铁质镀锌管送至孔内9m处作为注浆管。孔口采用囊袋注浆封堵孔口（封堵3m），待凝固后，用风动搅拌机开始调制泥浆，水泥和水配比50KG:15L搅拌合适后，开始注浆。注浆采用泥浆加压泵（可达到8MPa）待返浆管返出泥浆后关闭返浆管路阀门后注浆憋压，刚开始达到5MPa后，停止注浆，待注浆压力降至平稳后，继续加压注浆，待压力达到3-5MPa平稳后停止注浆。

      3.注浆完成后，在预留位置施工3#钻孔，0-60m采用风动旋转钻进，保证0-60m成孔率较高，钻进至60m后退钻，带马达导向采用定向钻进。

      4.因为岩层交界处存在一层煤线，所以在遇煤线时，只能采用风动旋转钻进，过煤线时，达到稳定层位（黄铁矿）再加装马达导向定向钻进。终孔位置钻进至9#煤层处停钻（见煤6m）。

      5.98mm孔径钻进完成后，进行两次扩孔施工153mm、173mm。施工过程中分段加至打钻液洗孔，确保孔内润滑、畅通。

      6.扩孔时，遇到煤岩（煤线）交界处，采用风动扩孔，扩孔时严格注意速度，扩至含黄铁矿稳定岩层后，用水扩，扩孔时观察各项压力值，时刻保证孔内安全，杜绝发生孔内事故。

   4.2 钻孔施工靶区偏差难题：

      1.要求机长严格控制钻孔施工轨迹，按照设计要求进行施工，每根钻杆变量不得超过0.8°，为后续下设压裂管奠定基础。

      2.对于煤岩交界处以及破碎岩层时，严格控制钻进速度。

   4.3 后续下设压裂管：

      钻孔173mm孔径完成后，加至打钻液分段洗孔，退出全部钻杆后，采用73mm钻杆前段加装特制钻头（73mm孔径），送至孔底，起到导向作用，随后将压裂管套至73mm钻杆外送入孔内，待送至孔底后退出全部73mm钻杆。

      至此，压裂管全孔段下至成功。